[发明专利]一种低压下纯化碘硫循环中硫酸相的工艺与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种低压下纯化碘硫循环中硫酸相的工艺与装置，属于热化学循环制氢相关技术领域。

背景技术

以化石燃料为主体的能源体系为促进人类社会发展做出了巨大贡献。然而化石燃料储量有限、不可再生，使用过程中会造成环境污染。由于氢具有热值高、燃烧性能好、可再生以及清洁无毒等优点，因此氢能被认为是人类的未来能源。积极开发氢能正在成为许多国家的能源战略。然而传统的制氢方法存在一些自身难以克服的缺点如：利用化石燃料来制备氢气存在CO₂排放问题、水电解制氢效率低、制氢成本较高等。因此研究和开发清洁、高效、大规模的制氢方法越来越受到人们的重视。文献报道的制氢方法包括水直接热分解、热化学循环分解水、高温电解、太阳能光解水、生物质制氢等，其中热化学循环分解水制氢是很有前景的方法之一。而在众多热化学循环中，美国GA公司发明的碘硫(IS)循环被美国、日本、法国等许多国家选定为未来核能制氢的首选流程。该过程由3个反应组成：

(1)Bunsen反应(放热，～120℃)：SO₂+I₂+2H₂O＝2HI+H₂SO₄

(2)硫酸分解(吸热，800-900℃)：H₂SO₄＝H₂O+SO₂+1/2O₂

(3)碘化氢分解(吸热，300-500℃)：2HI＝H₂+I₂

上述三个热驱动的化学反应相耦合，组成一个闭路循环，净反应为水分解：H₂O＝H₂+1/2O₂。可以说在整个过程中除了消耗水以外，其它所有物料都循环使用。碘硫循环将原本需在2500℃以上的高温下进行的水分解反应，在800～900℃下得以实现，产氢效率高、反应物料易输送、无CO₂排放，上述优点使得碘硫循环有望成为清洁、经济、可持续的大规模制氢方法。

可是，IS循环原理虽简单，但要真正实现碘硫循环的工业化制氢，许多科学与技术方面的问题都要解决。其中本森(Bunsen)反应产物之一硫酸相的纯化就是需要解决的一个问题。在碘浓度较高的反应条件下，本森反应生成的两种酸可自发地分成两相：轻液相硫酸相和重液相氢碘酸相。分配平衡的存在难免使得硫酸相中含有少量氢碘酸，这些少量的氢碘酸杂质往往会与硫酸发生下列副反应：

(4)S生成反应：H₂SO₄+6HI＝S+3I₂+4H₂O

(5)H₂S生成反应：H₂SO₄+8HI＝H₂S+4I₂+4H₂O

副反应的发生会给碘硫循环的运行带来许多麻烦，如破坏物料平衡，固态硫的生成会堵塞管道，妨碍物料输送，降低制氢效率，从而影响闭合循环的正常运行。因此必须对硫酸相进行纯化，来消除硫酸相中少量的氢碘酸。